DE69728239T2

DE69728239T2 - Eichung über die Ausgangsklemme oder über die Energieversorgungsklemme

Info

Publication number: DE69728239T2
Application number: DE69728239T
Authority: DE
Inventors: William Carpentersville Roeckner; Timothy Rolling Meadows Rueger
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1996-11-27
Filing date: 1997-11-26
Publication date: 2004-08-19
Anticipated expiration: 2017-11-27
Also published as: DE69728239D1; EP0845660B1; US5805466A; EP0845660A1

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft allgemein die Signalkalibrierung bei Elektronikvorrichtungen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Signalkalibrierung bei Elektronikvorrichtungen, wobei die Kalibrierung erzielt wird, indem bereits existierende Pins der Elektronikvorrichtung verwendet werden.
Hintergrund der Erfindung
Vorrichtungen nach dem Stand der Technik, welche ein Kalibrieren von Signalen erfordern, wie zum Beispiel Drucksensorprodukte, erfordern typischerweise ein Kalibrieren, bevor die letzten Fertigungsschritte vervollständigt worden sind. Dies kann dazu führen, dass die Drucksensorprodukte aufgrund von Gehäuse-induzierter Beanspruchung, Medienisoliereffekten und anderer Faktoren nicht kalibriert sind.
Zum Beispiel ist es im Stand der Technik gut bekannt, Laser-Trimming von dünnen Schichtwiderständen zu verwenden, um bei Drucksensorprodukten eine Temperaturkompensation bei Verstärkungs- und Offsetkalibrierung zu erzielen. Dieses Laser-Trimming erfordert, dass das Drucksensorgehäuse geöffnet wird und macht ein nachträgliches Trimming, oder nachträgliches Kalibrieren, nachträglichen Modul-Zusammenbau und Test erforderlich. Diese Kalibrierart kann die erzielbare Leistung eines Drucksensorprodukten begrenzen, da der Einbau in das Gehäuse nach dem Kalibrieren zu Verschiebungen führen kann.
Andere Drucksensorprodukte nach dem Stand der Technik weisen elektrisch kalibrierte oder Trimming-Module auf. Diese elektrisch kalibrierten Drucksensorprodukte nach dem Stand der Technik verlangen jedoch den Einsatz von speziell angefertigten Pins, um die Kalibrierfunktionen durchzuführen. Somit ist es erforderlich, dass zusätzliche Pins in das fertige Drucksensorprodukt produziert werden. Der Vorteil dieser elektrischen Kalibrierung gegenüber dem Laser-Trimming von Widerständen ist leicht erkennbar. Zum Beispiel kann das Drucksensorprodukt vollständig montiert sein, wodurch es möglich ist, das Trimming und den letzten Test zur gleichen Zeit durchzuführen, wodurch der Herstellprozess effizienter gemacht wird. Außerdem kann teure Laser-Trimming-Hardware durch ein viel einfacheres und weniger teures Kalibriersystem ersetzt werden.
In der US-A-4815 547 ist offenbart, dass während der Herstellung eine Lastzelle an einen Hostrechner angeschlossen ist und Korrekturkonstanten bestimmt und übermittelt werden.
Somit wäre es wünschenswert, ein Drucksensorprodukt oder ein anderes Elektronikvorrichtungsprodukt zu haben, welches elektrisch kalibriert werden kann, ohne dass zusätzliche Pins erforderlich sind. Dies wird mit der Elektronikvorrichtung nach Anspruch 1 erzielt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, in welchen:
1 ein Blockdiagramm einer Elektronikvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt; und
2 ein Blockdiagramm einer alternativen Ausführungsform einer Elektronikvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
Die vorliegende Erfindung schafft eine elektrische Vorrichtung, welche einen Signalprozessor aufweist, welcher ein Eingangssignal empfängt, das ein Kalibrieren erfordert, eine Datenspeichervorrichtung, welche Kalibrierdaten zum Signalprozessor schafft, eine Kalibriersteuerung, welche es erlaubt, dass über einen Ausgangsanschluss der Elektronikvorrichtung die Kalibrierdaten in eine Datenspeichervorrichtung geschrieben und von der Datenspeichervorrichtung empfangen werden, und wobei der Signalprozessor ein kalibriertes Ausgangssignal zum Ausgangsanschluss liefert. Diese Erfindung ermöglicht ein elektrisches Trimming eines voll- ständig montierten Sensors (nicht dargestellt), wobei nur ein existierender Anschluss des Moduls verwendet wird. Der Ausgangsanschluss kann von einem Analogausgangsanschluss zu einem seriellen Digitaleingangs/Digitalausgangsanschluss neu konfiguriert werden, indem ein identifizierbares Spannungssignal an den bereits existierenden Ausgangsanschluss angelegt und von einem Kalibriermodusdetektor erfasst wird.
1 zeigt ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Elektronikvorrichtung 10 weist in diesem Fall ein Drucksensorelement 12 auf; jedoch, wie der Durchschnittsfachmann weiß, könnten andere Elemente oder Signale in den Signalprozessor 14 über die Leitungen 16 und 18 eingegeben werden. Das Sensorelement 12 ist nur zu Illustrationszwecken verwendet und sollte nicht derart verstanden werden, den Umfang der vorliegenden Erfindung zu begrenzen. Alle in 1 dargestellten Elemente einschließlich des Drucksensorelementes 12 sind vorzugsweise innerhalb einer monolithischen Vorrichtung enthalten, und das vollständig montierte Gehäuse weist Außenanschlüsse 20, 22 und 24 auf, welche jeweils der Energieversorgungsanschluss, Ausgangsanschluss und Masseanschluss sind.
Bei normalem Gebrauch empfängt der Signalprozessor 14 ein zu kalibrierendes Eingangssignal entlang der Leitungen 16 und 18 und produziert dann ein kalibriertes Signal durch den Ausgangstreiber 30 und über den Ausgangsanschluss 22.
Während der Kalibrierung wird ein externes Kalibriersignal an den Ausgangsanschluss 22 angelegt. Dieses Signal wird von der einen Kalibriermodusdetektor 34 und eine I/O(Eingangs/Ausgangs)-Steuerung 36 aufweisenden Kalibriersteuerung 32 empfangen. Wenn der Kalibriermodusdetektor 34 bestimmt, dass ein Kalibriermodussignal empfangen worden ist, deaktiviert der Detektor 34 den Ausgangstreiber 30 und aktiviert die I/O-Steuerung 36.
Wenn die I/O-Steuerung 36 aktiviert ist, wird es Kalibrierdaten ermöglicht, in die Datenspeichervorrichtung 38 über den Ausgangsanschluss 22 geschrieben zu werden. Wie der Durchschnittsfachmann weiß, könnte die Datenspeichervorrichtung 38 jede Form eines nichtflüchtigen Speichers einschließlich EPROM, EEPROM oder Schmelzverbindungen sein. Wenn die Elektronikvorrichtung 10 korrekt kalibriert worden ist, verwendet der Signalprozessor 14 die in der Datenspeichervorrichtung 38 mittels eines Bus 42 gespeicherten Kalibrierdaten, um mittels des Ausgangstreibers 30 ein kalibriertes Ausgangssignal am Ausgangsanschluss 22 zu produzieren.
Wie der Durchschnittsfachmann weiß, könnte das vom Kalibriermodusdetektor 34 erfasste Kalibriermodussignal irgendeines aus einer Vielzahl von möglichen Signalen sein. Zum Beispiel könnte das Kalibriermodussignal ein AC-Signal sein, welches bei einem bestimmten Pegel und bei einer vorbestimmten Frequenz angelegt ist. Wenn der Kalibriermodusdetektor 34 diesen Pegel und diese Frequenz erfasst, deaktiviert er den Ausgangstreiber 30 und aktiviert die I/O-Steuerung 36. Wenn das Kalibriermodussignal am Ausgangsanschluss 22 anfänglich angelegt ist, übersteuert das AC-Signal den Ausgangstreiber 30, bis der Ausgangstreiber 30 vom Kalibriermodusdetektor 34 deaktiviert ist.
Vorzugsweise wird ein serielles Datenprotokoll verwendet, um durch den Ausgangsanschluss 22 ein Datenlesen und ein Datenschreiben durchzuführen. Vorzugsweise wird eine Manchester-Codierung verwendet, um einen eigengetakteten Bitstrom zu schaffen. Dies erlaubt es der Elektronikvor richtung 10, die asynchronen Eingangs-Kalibrierdaten schnell zu sperren.
Die in 2 gezeigte alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist im Wesentlichen die gleiche, wie jene, die in 1 beschrieben ist. Der einzige Unterschied besteht darin, dass eine Kalibriersteuerung 44 auch mit dem Energieversorgungsanschluss 20 verbunden ist, wobei ein Kalibriermodusdetektor 46 ein Kalibriermodussignal erfasst, welches an dem Energieversorgungsanschluss 20 angelegt ist. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform erfasst der Kalibriermodusdetektor 46 vorzugsweise den Pegel der Versorgungsspannung, und wenn die Spannung einen Schwellenwert für eine vorbestimmte Zeitspanne übersteigt, deaktiviert dann der Detektor 46 den Ausgangstreiber 30 und aktiviert die I/O-Steuerung 36. Zusätzlich wird ein Überspannungsregler 26 verwendet, um eine interne Versorgungsspannung 28 vom Außenversorgungsanschluss 20 zu isolieren, wodurch die internen Schaltungen vor übermäßig hohen Spannungspegeln geschützt werden. Über den Ausgangsanschluss 22 können Kalibrierdaten dann in die Datenspeichervorrichtung 38 geschrieben werden. Wie der Durchschnittsfachmann weiß, könnte die Datenspeichervorrichtung 38 jede Form eines nichtflüchtigen Speichers, einschließlich EPROM, EEPROM oder Schmelzverbindungen, sein.
Bei der Anwendung dieser Erfindung auf einen Drucksensor wird die Elektronikvorrichtung 10 während der Fertigungskalibrierung bekannten Drücken bei bekannten Temperaturen ausgesetzt. Messungen des Verhaltens des Drucksensorelementes 12 werden bei jedem Druck und jeder Temperatur vorgenommen. Diese Messdaten werden verwendet, um in der Datenspeichervorrichtung 38 zu speichernde Kalibrierdaten zu bestimmen. Die stark variierende Antwort des Drucksensorelementes 12 wird somit über einem gegebenen Temperaturbereich mittels der zuvor bestimmten Kalibrierdaten kalibriert oder normalisiert.
Durch die Kalibrierdaten wird die Antwort des Drucksensorelementes 12 mittels des Signalprozessors 14 eingestellt. Ein mögliches Kalibrierverfahren wird durch den Signalprozessor 14 geschaffen, indem eine Bewertung irgendeiner der mehreren bekannten vorbestimmten Funktionen durchgeführt wird, welche eine bestimmte Ausgangscharakteristik der Elektronikvorrichtung 10 repräsentieren. Indem die Antwort des Drucksensorelementes 12 und der in der Datenspeichervorrichtung 38 gespeicherten Kalibrierdaten verwendet wird, produziert der Signalprozessor 14 mittels des Ausgangstreibers 30 am Ausgangsanschluss 22 ein kalibriertes Ausgangssignal.

Claims

Elektronikvorrichtung (10) mit mindestens einem Ausgangsanschluss (22), aufweisend: einen Signalprozessor (14), welcher ein Eingangssignal empfängt, das ein Kalibrieren erfordert, und ein kalibriertes Ausgangssignal für den Ausgangsanschluss (22) produziert; eine Datenspeichervorrichtung (38), welche dem Signalprozessor Kalibrierdaten zur Verfügung stellt; einen Kalibriermodusdetektor (34, 36), welcher ein Kalibriermodussignal detektiert; einen mit dem Signalprozessor (14) und dem Ausgangsanschluss (22) verbundenen Ausgangstreiber (30); eine mit der Datenspeichervorrichtung (38) verbundene Eingangs- und Ausgangssteuerung (36); und wobei, wenn der Kalibriermodusdetektor (34, 36) das Kalibriermodussignal detektiert, es der Kalibriermodusdetektor (34, 36) ermöglicht, dass Kalibrierdaten in die Datenspeichervorrichtung (38) über mindestens den Ausgangsanschluss (22) und die Eingangs-/Ausgangssteuerung (36) geschrieben werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, welche ferner ein Drucksensorelement (12) aufweist, welches dem Signalprozessor (14) das Eingangssignal zur Verfügung stellt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Eingangs- und Ausgangssteuerung (36) ferner erlaubt, dass die Kalibrierdaten von der Datenspeichervorrichtung (38) gelesen werden.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, wobei der Kalibriermodusdetektor (34) an dem Ausgangsanschluss (22) angebracht ist; und die Eingangs- und Ausgangssteuerung (36) auf den Kalibriermodusdetektor (34) reagiert, wobei die in die Datenspeichervorrichtung (38) geschriebenen Kalibrierdaten durch den Ausgangsanschluss (22) gesteuert werden.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, wobei der Kalibriermodusdetektor (46) an einem Anschluss der Elektronikvorrichtung angebracht ist, welcher nicht der Ausgangsanschluss (22) ist, und die Eingangs- und Ausgangssteuerung (36) auf den Kalibriermodusdetektor (46) reagiert und die Kalibrierdaten steuert, welche in die Datenspeichervorrichtung (38) durch den Anschluss der Elektronikvorrichtung geschrieben werden, welcher nicht der Ausgangsanschluss (22) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das zu kalibrierende Eingangssignal von einem Drucksensorelement (12) mittels des Signalprozessors (14) empfangen wird, wobei die Eingangs- und Ausgangssteuerung (36) zwischen der Datenspeichervorrichtung (38) und dem Ausgangsanschluss (22) angeschlossen ist und wobei es den Kalibrierdaten ermöglicht wird, über den Ausgangsanschluss (22) in die Datenspeicher vorrichtung (38) geschrieben und aus der Datenspeichervorrichtung (38) gelesen zu werden.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Drucksensorelement (12) piezoresistiv ist.